大型綠色乙烯裂解爐的研究、開發(fā)和設(shè)計(jì).pdf

1、裂解爐是乙烯裝置乃至石油化工企業(yè)的龍頭核心設(shè)備，隨著乙烯裝置生產(chǎn)能力的大型化，其反應(yīng)器——裂解爐單臺(tái)乙烯產(chǎn)量也不斷提高。而裂解爐除中石化ST/Lummus 聯(lián)合開發(fā)100kt/a·臺(tái)外，其余關(guān)鍵技術(shù)仍然依賴進(jìn)口，由此花費(fèi)大量外匯。分析裂解爐發(fā)展歷史和最新國內(nèi)外先進(jìn)裂解技術(shù)，可知：裂解爐正不斷向“高反應(yīng)溫度、短停留時(shí)間、低烴分壓”目標(biāo)靠攏。因此，研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)乙烯裂解爐不僅具有重要的理論意義，而且具有明確的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本文采用⑴半理論

2、半經(jīng)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論尤其是蒙特卡羅三維模型解決化學(xué)反應(yīng)器——大型裂解爐的“放大”問題。⑵將綠色化學(xué)理論的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到裂解爐工程項(xiàng)目中以降低“三廢”排放，從而使綠色裂解工藝成為催化與環(huán)境友好的化學(xué)工藝。⑶固體氧化物燃料電池（SOFC）與裂解爐的聯(lián)合，為石化技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)創(chuàng)造交流的平臺(tái)，是一舉多得、保護(hù)環(huán)境的優(yōu)化組合，從而使裂解聯(lián)合工藝成為催化與環(huán)境友好化學(xué)工藝。⑷將哲學(xué)中“整體性原理”應(yīng)用到裂解爐工藝設(shè)計(jì)上，協(xié)調(diào)“部

3、分”和“整體”關(guān)系并根據(jù)“整體最優(yōu)化思路”設(shè)計(jì)最佳的裂解爐工藝。由此，研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)具有中國特色、基建投資低、操作費(fèi)用省和長周期平穩(wěn)運(yùn)行而且生產(chǎn)能力達(dá)200kt/a 的裂解爐，使新開發(fā)的裂解工藝路線具有廣闊的市場發(fā)展空間、較強(qiáng)的競爭力和一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。根據(jù)裂解爐大型化、綠色化的發(fā)展趨勢，研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)并解決裂解爐核心技術(shù)問題包括：⑴裂解反應(yīng)產(chǎn)物優(yōu)化模擬：采用逐步回歸法和最小二乘法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬和，準(zhǔn)確的預(yù)測石油烴裂解時(shí)各種產(chǎn)物

4、收率。⑵輻射反應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)：根據(jù)半理論半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，結(jié)合物料衡算、熱量衡算計(jì)算沿輻射段爐管長度的物料產(chǎn)率分布、流體溫度分布、管壁溫度分布、物料壓力分布、結(jié)焦分布等。⑶輻射爐管大型化設(shè)計(jì)：采用蒙特卡羅法三維溫度分布模型對(duì)大型裂解爐傳熱過程的研究，得出“輻射爐管傳熱面積必須有足夠的余量而且爐管熱應(yīng)力不能過大”的結(jié)論。⑷急冷鍋爐工藝過程優(yōu)化設(shè)計(jì)：采用嚴(yán)格法，立式熱虹吸法及循環(huán)迭代法三種途徑進(jìn)行工藝計(jì)算并比較；由于嚴(yán)格法可以得到完整的計(jì)算數(shù)據(jù)，故該

5、方法為優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。⑸對(duì)流段優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐：SRT－III 裂解爐對(duì)流段新型注汽優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，裂解爐運(yùn)行周期從原來10 天提高到30 天以上，開工率由90.9％提高到96.8％以上。⑹裂解原料優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐：新建LPG 儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施實(shí)現(xiàn)裂解原料優(yōu)化，乙烯產(chǎn)量提高8.33％，單耗下降4.77％，能耗下降3.61％，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益近4 億人民幣。⑺綠色化開發(fā)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐：類似的石油化工苯乙烯EB/SM 裝置燃油加熱爐采用天然氣清潔能源代

6、替含硫（＞1.0％wt）燃料油使SO2 排放濃度<700mg/Nm3，環(huán)境污染總體評(píng)價(jià)結(jié)果：合格。其中：對(duì)流段、裂解原料、工業(yè)爐綠色化等3 方面進(jìn)行了工業(yè)化的工程實(shí)踐，這些工藝裝置都開車一次成功，投入正常運(yùn)行并創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過對(duì)乙烯裂解爐關(guān)鍵技術(shù)的研究，得出大生產(chǎn)能力、綠色LCG型裂解爐開發(fā)設(shè)計(jì)的方案和技術(shù)指標(biāo)：單臺(tái)裂解爐生產(chǎn)能力200kt/a·臺(tái)，乙烯收率提高0.6％，丙烯收率提高0.3％，丁二烯收率提高0.1％，三烯總